DE905505C

DE905505C - Electro-hydraulic adjustment device

Info

Publication number: DE905505C
Application number: DEE3166A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Herbert Falderbaum; Dr-Ing Otto Grebe
Original assignee: Elektro Mechanik GmbH; ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Current assignee: Elektro Mechanik GmbH; ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Priority date: 1950-12-24
Filing date: 1950-12-24
Publication date: 1954-03-04

Description

Elektrohydraulische Verstellvorrichtung Für die Verstellung von Bremsen, Schiebern, Ventilen, Pressen u..dgl. kommen vielfach elektrohydraulische Verstellvorrichtungen zur Anwendung, die aus einem Elektromotor, einer von diesem angetriebenen Pumpe, einem von der Druckflüssigkeit dieser Pumpe beaufschlagten Stellkolben sowie einem Flüssigkeitsbehälter bestehen. Bei einer besonderen Bauform dieser elektrohydraulischen Verstellvorrichtungen sind zur Vereinfachung des Aufbaues diePumpe und gegebenenfalls der Stellkolben durch einen vom Motor angetriebenen Propeller ersetzt, wobei jetzt der Propeller als Treibelement der Vorrichtung wirkt.Electro-hydraulic adjustment device For adjusting brakes, Slides, valves, presses and the like. there are often electro-hydraulic adjustment devices for the application that consists of an electric motor, a pump driven by this, one actuating piston acted upon by the pressure fluid of this pump and one Liquid containers exist. With a special design of this electro-hydraulic Adjusting devices are the pump and, if necessary, to simplify the structure the actuating piston was replaced by a propeller driven by the engine, with now the propeller acts as a driving element of the device.

Weiter sind flüssigkeitsmagnetische Vorrichtungen, wie Kupplungen, Bremsen u. dgl., bekannt, bei denen eine magnetisierbare Flüssigkeit, die vorwiegend aus einer Mischung von hochpermeablem Eisenpulver und Öl in kolloidaler Verteilung besteht, einem magnetischen Feld ausgesetzt wird. Durch Veränderung der Feldstärke kann die Viskosität der magnetisierbaren Flüssigkeit in weiten Grenzen geändert werden, wodurch Kupplungs- und Ventileffekte mannigfacher Art erzeugt werden können.Liquid magnetic devices such as couplings, Brakes and the like, known, in which a magnetizable fluid that predominantly from a mixture of highly permeable iron powder and oil in colloidal distribution is exposed to a magnetic field. By changing the field strength the viscosity of the magnetizable liquid can be changed within wide limits , whereby coupling and valve effects of various kinds can be generated.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrohydraulischeVerstellvorrichtung mit einem Flüssigkeitsbehälter und einem sich in diesem befindenden Treibelement, das von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß bei einer derartigen elektrohydraulischen Verstellvorrichtung als Betriebsflüssigkeit eine magnetisierbare Flüssigkeit dient, deren Strömung durch ein magnetisches Feld steuerbar ist. Auf diese Weise erhält man eine 'Verstellvorrichtung, die bei einfachem Aufbau praktisch trägheitslos arbeitet und so als Steuer- oder Regelelement für die mannigfachsten Aufgaben eingesetzt werden kann. Bei dauernd laufendem Motor kann das Einleiten und Beendigen des Verstellvorganges einfach durch Einschalten. bzw. Abschalten .des magnetischen Feldes bewirkt werden, wodurch sich eine Schalthäufigkeit von 3000 und mehr pro Stunde erreichen läßt. Für die Erregung der das magnetische Feld erzeugenden Magnetspule sind nur schwache Steuerströme erforderlich, so daß das Einleiten und Beendigen des Verstellvorganges nicht nur von Hand, sondern auch von den schwachen Steuerströmen einer Programmsteuerung und oder eines Reglers herbeigeführt werden kann. Dabei können durch Verstärkung oder Abschwächung des Erregerstroms die Hub- und Senkzeiten in weiten Grenzen geändert werden, so daß die Vorrichtung weitgehend unterschiedlichen Betriebsbedingungen a.ngepaßt werden kann. Die als Betriebsflüssigkeit dienende magnetisierbare Flüssigkeit hat ein wesentlich höheres spezifisches Gewicht als die bisher ausschließlich verwendeten 051e. Aus dem höheren spezifischen Gewicht ergeben sieh aber auch eine wesentlich höhere Leistung bei gleichen Baumassen bzw. bei gleicher Leistung eine wesentliche Verringerung der Baumasse.The invention relates to an electrohydraulic adjusting device with a liquid container and a drive element located in this, which is driven by an electric motor. The invention consists essentially in the fact that in such an electrohydraulic adjusting device a magnetizable fluid is used as the operating fluid, the flow of which can be controlled by a magnetic field. In this way, an adjustment device is obtained which, with a simple structure, works practically without inertia and can thus be used as a control or regulating element for the most varied of tasks. With the motor running continuously, the adjustment process can be initiated and terminated simply by switching on. or switching off .des magnetic field can be achieved, whereby a switching frequency of 3000 and more per hour can be achieved. For the excitation of the magnetic coil generating the magnetic field only weak control currents are required, so that the initiation and termination of the adjustment process can be brought about not only by hand, but also by the weak control currents of a program control and / or a regulator. The lifting and lowering times can be changed within wide limits by increasing or decreasing the excitation current, so that the device can be adapted to largely different operating conditions. The magnetizable fluid used as the operating fluid has a significantly higher specific weight than the 051e that has been used exclusively up to now. However, the higher specific weight also results in a significantly higher performance with the same structural dimensions or, with the same performance, a significant reduction in the structural mass.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.Further advantages and features of the invention emerge from the following Description and the graphic representation of some exemplary embodiments.

Abb. i der Zeichnung zeigt im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung, die im wesentlichen aus dem Flüssigkeitsbehälter io, dem Elektromotor i i mit Ständerwicklung 12, Läufer 13 und hohler Welle 1d, ferner aus dem Propeller 15 nebst Welle 16 und Kupplungsöse 17 sowie aus der Magnetspule 18 und dem Zwischendeckel ig mit Abdichtung 2o besteht. 21 ist ein zwischen der zylindrischen Magnetspule i8 und der Innenwandung des Behälters io bestehender Ringkanal.Fig. I of the drawing shows in longitudinal section an adjusting device according to the invention, which essentially consist of the liquid container io, the electric motor i i with stator winding 12, rotor 13 and hollow shaft 1d, further from the propeller 15 together with shaft 16 and Coupling eye 17 and from the solenoid 18 and the intermediate cover ig with seal 2o exists. 21 is a between the cylindrical solenoid i8 and the inner wall of the container io existing ring channel.

Der Behälter io ist etwa biss zur angegebenen Höhe mit einer magnetisierbaren Flüssigkeit, z. B. einer Mischung von i Teil 01 und 5 Teilen Cärbonyleisenpulver, gefüllt. Die Abdichtung 2o verhindert einen Durchtritt dieses Eisenöles zum unteren Motorlager im Zwischendeckel 1g sowie in das Innere .des Motors i i. Der Motorraum kann dabei mit 01 gefüllt sein, um gegebenenfalls mit Unterstützung von Außenrippen .die Verlustwärme des Motors besser abzuführen und so eine höhere Belastbarkeit des Motors zu erzielen.The container io is about up to the specified height with a magnetizable liquid, for. B. a mixture of i part 01 and 5 parts carbonyl iron powder filled. The seal 2o prevents this iron oil from passing through to the lower engine bearing in the intermediate cover 1g and into the interior of the engine i i. The engine space can be filled with 01 to possibly .the with the support of external fins heat loss improving dissipation of the motor and to achieve the engine so a higher capacity.

Die Propellerwelle 16 ist durch die hohle Motorwelle 1q. nach oben geführt, wobei sie in der Längsrichtung in der Motorwelle frei verschiebbar ist, in der Drehrichtung dagegen .durch eine Keilnuten-oder Vierkantkupplung mit der Motorwelle gekuppelt ist. Die zur Kupplung .der Propellerwelle 16 mit dem zu verstellenden Gerät dienende Kupplungsöse 17 sitzt auf dem oberen Ende der Welle 16, und zwar derart, daß sie von der Propellerwelle 16 zwar in der Längsrichtung, nicht aber in der Drehrichtung mitgenommen wird.The propeller shaft 16 is through the hollow motor shaft 1q. up guided, whereby it is freely displaceable in the longitudinal direction in the motor shaft, in the direction of rotation, on the other hand, by means of a keyway or square coupling with the Motor shaft is coupled. The for coupling .the propeller shaft 16 with the to be adjusted Device serving coupling eye 17 sits on the upper end of the shaft 16, namely such that they are of the propeller shaft 16 in the longitudinal direction, but not is taken along in the direction of rotation.

DieZeichnung zeigt dieVorrichtung in der oberen Hubstellung des Propellers 15. Der Motor i i ist ' eingeschaltet, die Spule 18 Ist erregt. Die im Ringkanal 21 befindliche Flüssigkeit ist unter der Einwirkung des magnetischen Feldes so versteift, daß die mit den Pfeilen angedeutete Umlaufströmung von .der unteren zur oberen Beaufschlagungsseite des Propellers 15 praktisch unterbunden ist. Da bei konstanter Drehzahl des Propellers der Axialdruck am Propeller ,der Strömungsgeschwindigkeit umgekehrt proportional ist, wird die maximale Stellkraft bei völliger Drosselung der Strömung erhalten und umgekehrt die geringste Stellkraft dann,- wenn die Drosselung am kleinsten ist.The drawing shows the device in the upper lift position of the propeller 15. The motor i i is switched on, the coil 18 is energized. The one in the ring canal 21 liquid is stiffened under the influence of the magnetic field so that that the circulating flow indicated by the arrows from .der lower to upper impingement side of the propeller 15 is practically prevented. Because at constant speed of the propeller the axial pressure on the propeller, inversely proportional to the flow velocity the maximum actuating force is obtained when the flow is completely throttled and vice versa, the lowest actuating force is when - when the throttling is the smallest.

Wird also in der gezeichneten Arbeitsphase der Vorrichtung .die Erregung der Magnetspule 18 abgeschaltet, so geht der Axialdruck des Propellers, 1 5 auf Null zurück, und der Propeller wird unter dem Einfluß der beim Arbeitshub gespeicherten Gegenkraft (Gewicht oder Feder) in die untere Ausgangslage zurückgedrückt. Soll ein neuer Verstellvorgang ausgeführt werden, so genügt ein Wiedereinschalten der Erregung. Das Arbeitsspiel wiederholt sich. Der Motor i i kann dauernd durchlaufen und braucht infolgedessen nicht bei jedem Arbeitsspiel beschleunigt und verzögert zu werden.So in the drawn work phase of the device. The excitement the solenoid 18 is switched off, the axial pressure of the propeller, 1 5 on Zero returns, and the propeller will be under the influence of the stored on the power stroke Counterforce (weight or spring) pushed back into the lower starting position. Intended to If a new adjustment process is to be carried out, it is sufficient to switch the Excitement. The work cycle is repeated. The motor i i can run continuously and consequently does not need to be accelerated and decelerated for every work cycle to become.

Wirkt auf die Propellerwelle 16 in axialer Richtung eine wegabhängige Gegenkraft, so kann die jeweilige Hubstellung von der Größe der Spulenerregung abhängig gemacht. werden.Acts on the propeller shaft 16 in the axial direction in a path-dependent manner Counterforce, the respective stroke position can depend on the size of the coil excitation made. will.

Man erhält so ein wegabhängiges Steuer- oder Regelelement mit kleinem Trägheitsmoment und hoher Schalthäufigkeit. Durch mechanische oder elektrische Maßnahmen. kann verhindert werden, daß beim Abwärtsstegern der Erregung infolge Remanenz ein Festsetzen, insbesondere eine Pfropfenbildung, der Flüssigkeit eintritt. Als mechanische Maßnahme kommt z. B. ein mit dem Propeller umlaufender Finger oder Zylinder in Frage, .der in den Ringkanal 21 eintaucht und die in diesem befindliche Flüssigkeit umrührt. Als. elektrische Schaltmaßnahme kann z. B. ein kurzzeitiges Abschalten oder Abschwächen der Erregung .in Betracht kommen, was eine Aufhebung bzw. eine solche Minderung der Remanenz zur Folge hat, :daß der Erstarrun gszustand .der Flüssigkeit aufgehoben und in einen Bewegungsvorgang überführt wird. Während der Einschaltdauer des Motors kann die Magnetspule auch in den Pausen der Verstellvorgänge so schwach erregt bleiben, daß zwar kein Verstellhub erfolgt, daß aber die magnetisierbarenFlüssigkeitsteile magnetisch ausgerichtet bleiben und nur eine geringe Erhöhung der Spulenerregung den Verstellvorgang sofort einleitet.A path-dependent open-loop or closed-loop control element with a small one is thus obtained Moment of inertia and high switching frequency. By mechanical or electrical measures. it can be prevented that when the downward gating of the excitation as a result of remanence Seizure, particularly plugging, of the liquid entering. As mechanical Measure comes z. B. a finger or cylinder rotating with the propeller in question, . Which dips into the annular channel 21 and stirs the liquid in this. As. electrical switching measure can, for. B. a short-term shutdown or weakening the excitation. come into consideration, what a cancellation or such a reduction The consequence of the remanence is: that the solidification state of the liquid is lifted and is converted into a movement process. During the duty cycle of the motor the solenoid can remain so weakly excited even during the pauses in the adjustment processes, that there is no adjustment stroke, but that the magnetizable liquid parts stay magnetically aligned and only a small increase in coil excitation initiates the adjustment process immediately.

In Weiterbildung der Ausführung nach Abb. i sind bei der Ausführung .der Abb. 2 zwei Propeller i5a und 15b vorgesehen, wobei jedem Propellereine besondere Magnetspule i 8a bzw. 18b und j e ein Ringkanal 21a bzw. 21b zugeordnet sind. Die beiden Propell-er 15a und i5b arbeiten gegensinnig. - Bei Erregung der Spule 18a wird eine Hubkraft nach oben und bei Erregung .der Spule i8b eine Zugkraft nach unten ausgeübt. Man erhält so eine in beiden Bewegungsrichtungen wirkende Stehkraft, ohne daß es einer besonderen Gegenkraft bedarf, die beim Verstellhub überwunden werden muß und die daher den Leistungsbedarf der Vorrichtung unerwünscht vergrößert. Insbesondere wird in diesem Fall auch eine besonders einfache Wegsteuerung möglich, wobei die Arbeitsweise beliebigen Steuerkennlin.ien angepaßt werden kann.In a further development of the embodiment according to Fig. I are in the execution In Fig. 2 two propellers 15a and 15b are provided, each propeller being a special one Solenoid coil i 8a or 18b and j e are assigned an annular channel 21a or 21b. the both propellers 15a and i5b work in opposite directions. - When the coil 18a is excited there is a lifting force upwards and, when the coil i8b is excited, a tensile force afterwards exercised below. This gives a standing force acting in both directions of movement, without the need for a special opposing force, the during the adjustment stroke must be overcome and therefore undesirable the power requirements of the device enlarged. In particular, a particularly simple path control is also used in this case possible, whereby the mode of operation can be adapted to any control characteristics.

Das gleiche kann man auch mit einer Ausführung nach Abb. i erreichen, wenn man als Antriebsmotor einen Motor mit umkehrbarer Drehrichtung vorsieht. Allerdings setzt dies voraus, daß der Motor bei jedem Arbeitsspiel von seiner Betriebsdrehzahl bis auf Null heruntergeholt und in entgegengesetzter Drehrichtung wieder beschleunigt werden muß, was aus verschiedenen Gründen wenig erwünscht ist.The same can be achieved with an embodiment according to Fig. I, if a motor with a reversible direction of rotation is provided as the drive motor. However this assumes that the engine is running at its operating speed during each work cycle brought down to zero and accelerated again in the opposite direction of rotation has to become, which is undesirable for various reasons.

Bei der Ausführung der Abb. 3 sind gleichfalls zwei Propeller 1511 und 15b sowie zwei Magnetspulen i8a und r8b und zwei Ringkanäle 21a und 21b vorgesehen. Die Propeller, Spulen und Kanäle liegen hierbei aber nicht auf der gleichen Stirnseite des Motors wie bei der Ausführung Abb. 2, sondern zu beiden Stirnseiten des Motors, so daß sie .diesen, in Längsrichtung gesehen, einschließen. Die Zwischendeckel iga und igb teilen .dabei den Behälter io in drei Räume, wobei die außenliegenden Propellerräume gegenüber dem mittleren Motorraum abgedichtet sind. Die Propeller i5a und i5b sind unmittelbar auf beidseitigen Verlängerungen der Motorwelle 14 befestigt. Der Läufer 13 des Motors i i wird also beim Stellhub jeweils mit verschoben. Damit der Läufer 13 immer noch im Drehfeld der Ständerwicklung 12 bleibt, ist der Läufer um das Maß des Stellhubes axial verlängert. Jede der Propellerwellen ist nach außen geführt und kann über je eine Kupplungsöse 17a bzw. 17b mit einem zu verstellenden Gerät gekuppelt werden. Die Vorrichtung kann mithin gleichzeitig drücken und ziehen. Sie kommt mit Vorteil in liegender Anordnung zur Anwendung.In the embodiment of Fig. 3 there are also two propellers 1511 and 15b as well as two magnetic coils i8a and r8b and two ring channels 21a and 21b are provided. However, the propellers, coils and channels are not on the same face here of the motor as in the version in Fig. 2, but on both ends of the motor, so that they include .these seen in the longitudinal direction. The intermediate cover iga and igb divide the container io into three rooms, with the outer propeller rooms are sealed against the central engine compartment. The propellers are i5a and i5b attached directly to extensions of the motor shaft 14 on both sides. The runner 13 of the motor i i is therefore shifted along with the actuating stroke. So that the runner 13 still remains in the rotating field of the stator winding 12, the rotor is too big of the actuating stroke is axially extended. Each of the propeller shafts is led outwards and can be connected to a device to be adjusted via a coupling eyelet 17a or 17b be coupled. The device can therefore push and pull at the same time. she is advantageously used in a horizontal arrangement.

Für besonders hochwertige Aufgaben empfiehlt es sich, eine Anordnung und Ausbildung der Spule 18 nach Abb. 4a und 4b zu wählen, wobei Abb. 4!' einen Querschnitt durch die Spule i8 mit einer Draufsicht auf den Propeller 15 darstellt, während Abb. 4b einen Teilschnitt in Längsrichtung der Vorrichtung wiedergibt. Die Spule 18 wird hiernach von vier Teilspulenkörpern gebildet, deren Kerne lamelliert sind und die den Propeller kastenförmig umschließen.For particularly high-quality tasks, it is advisable to use an arrangement and to choose the design of the coil 18 according to Fig. 4a and 4b, Fig. 4! ' a Represents cross section through the coil i8 with a plan view of the propeller 15, while Fig. 4b shows a partial section in the longitudinal direction of the device. the Coil 18 is then formed from four part bobbins, the cores of which are laminated and which enclose the propeller in a box shape.

Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Sie kann beispielsweise auch dann zur Anwendung kommen, wenn an Stelle eines Propellers als Treibelement eine Kreiselpumpe mit Kolben vorgesehen ist. Weiter kann an Stelle der Eisen-Öl-Mischung als Betriebsmedium auch reines Eisenpuder, gegebenenfalls mit einem geringen Zusatz von einer oxvdationsver'hindernden Flüssigkeit verwendet werden.The invention is not limited to the illustrated embodiments limited. For example, it can also be used when in place a propeller is provided as a driving element, a centrifugal pump with piston. Further Instead of the iron-oil mixture, pure iron powder can also be used as the operating medium, optionally with a small addition of an oxidation-preventing liquid be used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electro-hydraulic adjustment device with one Liquid container and a drive element located in this, which is from is driven by an electric motor, characterized in that the operating fluid a magnetizable liquid is used, the flow of which is caused by a magnetic field is controllable.

2. Apparatus according to claim i, characterized in that: the the magnetic field generating magnet coil (18) housed in the liquid space is.

3. Apparatus according to claim i and 2, characterized in that the magnetic Field-generating magnetic coil (18) is designed as a cylindrical coil, which the Drive element (15) encloses along its preferably entire stroke length.

4. Device according to claim 3, characterized by such an arrangement of the coil (18) in the Liquid container (io) that between the outer circumference of the coil (18) and the inner wall of the container (io) an annular channel (21) is formed, .der the two loading side ends Driving element (1,9) connects to one another.

5. Apparatus according to claim i, characterized characterized in that the shaft (16) which simultaneously emits the actuating force to the outside of the drive element (15) is passed through the hollow motor shaft (14), wherein the two shafts (14, 16) are displaceable relative to one another in the longitudinal direction, in the Direction of rotation, however, are coupled to one another.

6. Apparatus according to claim i, characterized in that when the drive element (15) is attached to an extension of the motor shaft (14) the motor rotor (13) is lengthened by the amount of the actuating stroke, whereby the actuating force is directed outwards via the motor rotor (13) or its shaft (14) is delivered.

7. Apparatus according to claim 5 and 6, characterized in that the one used to connect the adjusting shaft (14 or 16) to the device to be adjusted Coupling eye (17) in the longitudinal direction of the adjusting shaft (14 or 16) coupled to this, however, is rotatable in the direction of rotation. B. Apparatus according to claim i, characterized through the use of a reversible motor (i i) for the drive of the drive element. G. Device according to claim i, characterized by the arrangement of two drive elements (i5a, i5 b), a special magnetic coil (18a, 18b) being assigned to each drive element and the two coils (i8a, igb) can be excited independently of one another. ok contraption according to claim g, characterized in that the two drive elements (15a, 15b) and magnetic coils (i8a, 18b) arranged on the same end face of the motor (r i) are. i i. Device according to claim g, characterized in that the two drive elements (15a ', 15b) and solenoids (iSa, 18b) to both End faces of Motor (i i) lie and so this, seen in the longitudinal direction, include. 12th Device according to Claim i r, characterized in that each of the shafts of the drive element (i5a, i5b) is led to the outside, with each wave independently of the other with can be coupled to a device to be adjusted. 13. The device according to claim i, characterized characterized in that: the engine (i i) is located under 01, the engine compartment opposite .dein: the space of the propellant element containing the magnetizable liquid sealed. is. 1q .. Device according to claim i. characterized in that the positioning force: des. Driving element (15) counteracts such a counterforce that the respective stroke position depends on the magnitude of the excitation of the magnet coil (18) is. 15. The device according to claim i, characterized in that the excitation of the Magnet coil (18) automatically dependent on a program control and / or a Company size takes place. 16. The device according to claim i; 14 and 15, characterized in that that the excitation of the solenoid (i8) is continuously or finely variable. 17. The device according to claim i and 14 to 16, characterized: by mechanical or electrical measures that prevent the magnetisable parts of the liquid from seizing up prevent due to remanence when downward control of the coil excitation. 18. Device according to claims i and 14 to 17, in particular for high switching frequency, characterized in that that after starting the initiation and termination of the adjustment process at permanent running engine (i i) and drive element (15) exclusively by switching it on and off the solenoid (18) takes place. .1g. Device according to claim 18, characterized in that that during the duty cycle of the motor (i i) the solenoid (18) also in the Pauses in the adjustment process remain so weakly excited that there is no adjustment stroke takes place, but that the magnetizable liquid parts are magnetically aligned stay and a small increase in coil excitation the adjustment process immediately initiates. 2o. Device according to Claims i to i9, characterized by the use Laminated cores for the solenoid (18). 21. Device according to claim i to, 2o. characterized by the use of iron powder with or without the addition of Oxidation-preventing liquid as the operating medium.